이재명 정부가 출범하면서 가장 의미 있는 에너지정책이라고 하면, 2030년 재생에너지 100GW 목표와 함께 전원의 분산과 수요분산의 중요성을 언급한 지산지소의 전력공급 원칙, 그리고 이를 뒷받침하기 위한 지역별 차등 요금 정책의 천명을 들 수 있다.
우리나라는 단위 면적당 에너지 사용량이 유럽 선진국에 비해 4, 5배에 달할 정도로 많은 전기에너지를 사용한다. 또 수도권에 전체의 45% 정도가 집중돼 발전과 수요의 지역 편중이 심한 특성을 보인다. 특히 수도권의 좁은 지역으로 공급하는 에너지 밀도가 매우 높아 대대적인 송전망 건설이 필요하고 수도권에 집중되는 인버터 전원(DC/AC 전원 변환장치)의 증가, 이에 따른 전력공급의 안정화 이슈를 피하기 어려운 것이 현실이다. 이러한 발전과 수요의 편중이 심화된 계통에서 재생에너지 100GW 목표의 가장 큰 걸림돌은 두 가지로 볼 수 있다. 첫째가 송전망의 포화 문제이고, 두 번째가 출력 조절이 되지 않는 경직성 전원인 원전의 비율이 30% 이상으로 높다는 것이다. 따라서 당장 송전망 건설이 어려운 점을 감안하면, 송전망 제약 안에서 유연성을 확보하는 것이 이번 정부 재생에너지 100GW 목표 달성의 관건이라고 할 수 있다.
우리나라가 사용하는 분야별 에너지 사용 비율을 살펴보면 전기 23%, 산업용 열 38%, 건물용 열 18%, 수송 21%다. 즉, 전기에너지와 수송을 제외한 산업용 및 건물용 열 수요가 전체 에너지 수요의 56%에 이를 정도로 매우 높다.
앞으로 2030년 NDC(국가 온실가스 감축 목표) 달성뿐만 아니라 탄소중립 정책에서 열에너지의 무 탄소화 전환이 매우 중요한 부분이다. 현재 열은 산업용부터 가정용 난방까지 거의 모두 화석연료에 의존하기 때문에 열을 무탄소 에너지로 공급하기 위해서는 전기에너지로 대체하는 것이 가장 현실적인 방안이다.
이에 따라 최근 기후에너지환경부는 올해를 전기난방의 원년으로 설정하고 2035년까지 히트 펌프 350만대 보급계획을 발표했다.
그러나 열 수요를 자세히 들여다보면 좀더 체계적인 접근이 필요함을 알 수 있다. 우선, 열 수요를 사용 온도 측면에서 보면 고온(400도 이상), 중온(100-400도), 저온(100도 이하)으로 나눌 수 있다. 또 전기로 열을 생산하는 방식에 따라 히트펌프(80~150도), 전극 보일러(150~350도), 전기 저항 히터(400~1000도) 등 크게 3가지로 나눌 수 있다. 즉 각각의 기술에 따라 열 생산 온도가 다른 특성을 갖고 있고 각 생산 방식에 따라 효율및 전기적 특성도 매우 다르다.
특히 히트펌프는 물이나 폐열 등으로부터 열을 회수하는 성질로 인해 성능계수(COP)가 투입되는 전기에너지보다 1.5~4배로 높아 150도 이하의 저온 열을 공급하는 데 적절한 방식이다. 다만 150도 이상의 고온 열을 공급하기 어렵고, 출력조정을 시작하는 데 걸리는 시간(5~20분)이 길고, 출력 조정 속도도 느리기 때문에 계통에 유연성을 제공하는 능력은 현저히 떨어진다.
반면, 전극 보일러는 전기를 물의 저항을 이용해 그대로 열로 변환하기 때문에 효율은 98% 이상으로 히트펌프보다 낮지만 고온의 열을 생산할 수 있고, 출력조정 시작 시간(수초~수십 초)이 매우 빠르고, 출력 조정 속도도 매우 빠른 특징이 있다. 이뿐만 아니라 설비가 매우 간단해 시설비가 저렴하고 용량을 쉽게 키울 수 있어 현재 단일 기기로 200MW 정도의 용량까지 건설할 수 있다는 큰 장점이 있다. 따라서 난방을 중심으로 150도 이하의 저온 기저열은 히트펌프로 생산하고, 전극 보일러와 전기 저항 히터의 빠른 응답 특성을 활용, 고온의 열과 함께 계통에 유연성을 제공하는 시스템을 구축할 수 있다.
재생에너지 생산 비율이 높은 덴마크 핀란드 독일 등에서는 이미 단일 용량 100MW 이상의 전극 보일러가 지역난방 등에 활용된다. 이와 같이 재생에너지로 열을 생산하는 시스템에서 전력 계통에 유연성을 제공할 수 있다는 점을 활용하면 재생에너지로 열을 공급할 수 있는 시기를 훨씬 앞당길 수 있다. 이러한 점에서 전력 수급 계획뿐만 아니라 전기와 함께 열 생산을 같이 고려하는 종합계획으로의 전환이 시급하다.
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